54 millioner år gamle fossile fluer giver ny indsigt i synets udvikling

Forstenede fluer, der levede for 54 millioner år siden, har afsløret en overraskende drejning af fortællingen om, hvordan insekters øjne udviklede sig. Disse tranefluer, afsløret i Natur i dag, vise, at insektøjne fanger lys på samme måde som menneskeøjne, ved at bruge pigmentet melanin - endnu et eksempel på, at evolutionen finder lignende løsninger på lignende problemer.

Evolutionsbiologer har altid været fascineret af øjne. Charles Darwin, foregribe skeptikerne, viet en lang forklaring på, hvordan tilfældig mutation efterfulgt af naturlig selektion let kunne skabe sådanne "organer med ekstrem perfektion." Det er ikke overraskende, at disse nyttige tilpasninger har udviklet sig gentagne gange på tværs af dyreriget - blæksprutter og blæksprutter, for eksempel, har selvstændigt erhvervet øjne, der uhyggeligt ligner vores.

Synet er så vigtigt, at de fleste dyr i dag har fotoreceptorer af en eller anden art. Bemærkelsesværdige undtagelser omfatter skabninger, der lever i totalt mørke, såsom i huler eller det dybe hav.

Alligevel er fossilregistreringen af ​​øjne meget dårlig. Rockpladen bevarer generelt hårde dele som knogler og skaller. Øjne og andet blødt væv, såsom nerver, vener og tarme, bevares kun under ekstraordinære omstændigheder.

Ekstraordinært bevarede insektfossiler

Fordi øjne er ikoner for evolution, men sjældent fossiliserede, opdagelsen af ​​perfekt bevarede øjne fra 54 millioner år gamle insekter er bemærkelsesværdig. I deres nye undersøgelse, forskere ledet af Johan Lindgren fra Lunds Universitet i Sverige indsamlede og analyserede øjne fra 23 tranefluer – langbenede slægtninge til irriterende stuefluer.

Fossilerne blev udsøgt bevaret i sedimenter indeholdende høje niveauer af finkornet vulkansk aske. De blev gravet frem i det nu kølige Danmark, men dengang var et tropisk paradis med rigeligt insektliv.

De fossiliserede øjne lignede overraskende vores egne øjne på én vigtig måde. Bagsiden af ​​vores øjeæble, kaldet årehinden, er mørk og uigennemsigtig; dette beskytter mod ultraviolet stråling og forhindrer også vildfarent lys, der hopper rundt og forstyrrer synet. I menneskelige øjne, dette anti-reflekterende lag indeholder høje niveauer af pigmentet melanin, det samme molekyle involveret i hudpigmentering (deraf udtryk som "melanom").

Insekter, også, har mørke anti-reflekterende lag i øjnene, men det har længe været antaget at bestå helt af et andet molekyle, ommochrome. I betragtning af at insektøjne opstod uafhængigt af vores egne og har en helt anden struktur, det virker rimeligt, at deres molekylære maskineri også ville være anderledes.

Øjne som vores egne?

Imidlertid, detaljeret kemisk analyse af de fossile traneflueøjne afslørede, at de indeholdt menneskelignende melanin. Da forskerne igen så på øjnene på levende tranefluer, de blev overraskede over at bekræfte tilstedeværelsen af ​​melanin (såvel som masser af ommochrome). Det krævede fossiler for at advare os om, at både menneskers og insekters øjne bruger de samme afskærmningspigmenter (melanin) - endnu et eksempel på konvergent evolution.

Spændende nok, de ydre lag af de forstenede øjne var fulde af calcit, mineralet, der udgør det meste af kalksten. Ikke kun det, men krystaller i calcit blev justeret for at transmittere lys effektivt ind i øjet. Alligevel var denne tilsyneladende fine konstruktion (et mineraliseret ydre øjenlag optimeret til at transmittere lys) næsten helt sikkert forårsaget af fossiliseringsprocessen, da øjnene på levende tranefluer ikke er mineraliseret.

Mens fossiloptegnelsen kan afsløre, det kan også vildlede, hvis det ikke tolkes omhyggeligt. Trilobitter, de hårdskallede krabbelignende væsner, der er blandt de mest talrige og mangfoldige dyrefossiler, findes ofte med mineraliseret, lystransmitterende ydre øjenlag. Disse er sædvanligvis blevet antaget for at afspejle deres livstilstand trofast:predation i gamle oceaner var så intens, at trilobitter endda pansrede deres øjeæbler.

Lindgren og kolleger advarer mod denne fortolkning:måske dukkede trilobittens "beskyttelsesbriller" først op efter fossilisering, ligesom i tranefluerne. Imidlertid, denne fortolkning vil sandsynligvis blive diskuteret. Trilobite øjne ser ud til at have været usædvanligt stive og modstandsdygtige i det virkelige liv, da de er bevaret i tre dimensioner meget oftere end andre dyrs øjne. De har også visse optiske egenskaber, der giver mere mening, når det stive ydre lag accepteres som ægte.

En uenighed mellem nogle få palæontologer kan virke lidt mystisk, men disse debatter kan have relevans i den virkelige verden. Mest berømt, begrebet nuklear vinter var direkte inspireret af diskussionen om, hvordan dinosaurerne uddøde, da et meteoritnedslag indhyllede verden i en sky af støv, dybfryser hele biosfæren.

Indrømmet, Det er usandsynligt, at debatten om, hvordan insekt- og trilobitøjne fungerede, vil påvirke verdensfreden, men det kan stadig have nyttige applikationer. For eksempel, måden trilobit-linser (tilsyneladende) giver konstant skarphed, mens de er fuldstændig stive, har inspireret bioingeniører til at skabe højtydende optiske enheder med anvendelser, der spænder over mikroskopi til laserfysik.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.